РАЗДЕЛ 2 ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
В настоящее время наплавку применяют при изготовлении новых и восстановлении изношенных деталей, что дает значительный технический и экономический эффект. В первом случае эффект достигается в результате получения биметаллических изделий, основа которых выполняется из дешевой углеродистой стали, а рабочий слой наплавляется специальными износостойкими сплавами. Наплавка в ремонтном производстве эффективна благодаря тому, что восстановленная деталь, как правило, в несколько раз дешевле новой и при правильно выбранной технологии восстановления не уступает ей по работоспособности.
Увеличение коэффициента использования основного оборудования возможно путем удлинения межремонтного цикла и снижения продолжительности простоя оборудования при ремонте. Межремонтный период в решающей степени зависит от долговечности деталей и узлов.
Совершенствование составов порошковых проволок, обеспечивающих достижение высокой надежности и долговечности деталей и узлов машин при их восстановительной наплавке износостойкими сплавами, неразрывно связано с разработкой конкретных практических решений, осуществляемых на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований с использованием современных методов теоретического анализа и экспериментальных установок.
В газошлакообразующей системе материалов самозащитной порошковой проволоки сумма долей всех компонентов шихты равна единице, и изменение содержания одного из компонентов влечёт за собой изменение содержания других. Поэтому для исследования влияния состава газошлакообразующих компонентов сердечника порошковой проволоки на сварочно-технологические свойства, количественного описания зависимостей и существенного уменьшения числа опытов целесообразно применение симплексно-решетчатого планирования эксперимента (планирования на диаграммах состав - свойство). В этом случае свойства состава исследуется в предварительно заданных точках симплекса, которые образуют симплексную решетку, причем сумма долей всех компонентов смеси в каждой точки решетки равна единице [126].
Исследование составов шихты порошковых проволок проводили с применением симплексно - решетчатого планирования для четырех факторов. Экспериментирование по симплексно - решетчатым планам возможно не только на всем симплексе, но и на триангулированных его частях (после соответствующей перенормировки компонентов, чтобы выполнялось условие равенства единице суммы концентраций). В качестве факторов были приняты кодовые переменные, которые сами по себе представляют уже не отдельные компоненты, а специально подобранные составы газошлакообразующих материалов, ограничивающие область экспериментирования технологически приемлемым соотношением компонентов.
Для расчета состава шихты сердечника самозащитной порошковой проволоки необходимо знание коэффициентов перехода ? легирующих элементов, которые характеризуют конечный результат отдельных реакций, протекающих на различных этапах перехода легирующих элементов из порошкового электрода в наплавленный металл.
Содержание легирующих элементов в порошковой проволоке обычно определяют по формуле [59]:
Ме=Мео(1-Кз)+МешКз, (2.1)
где Ме, Мео, Меш - содержание легирующих элементов в проволоке, оболочке и шихте, %.
Здесь концентрация элемента Ме отнесена к массе всей порошковой проволоки с учетом газошлакообразующих компонентов.
Для более точного учета потерь легирующих элементов их содержание в порошковой проволоке определяли по уточненной формуле:
, (2.2)
где Ргш - содержание газошлакообразующих компонентов в сердечнике, %.
При сравнении исходного содержания элемента Ме в порошковой проволоке с его содержанием в наплавленном металле МеН необходимо учитывать, что концентрация Ме отнесена к массе металлической части порошковой проволоке, а концентрация МеН - к массе наплавленного металла. Поэтому концентрации Ме и МеН отнесены к разным количествам вещества и по разности Ме - МеН нельзя точно определить потери элемента [59].
Коэффициент перехода легирующего элемента, понимаемый как отношение его конечной концентрации к исходной, составит:
или
(2.3)
При металлургическом анализе процесса наплавки, когда определяется изменение содержания легирующего элемента в результате химических реакций, потери на разбрызгивание, которые не носят избирательного характера, не учитываются. Вычитая эти потери из знаменателя формулы (2.3), получим:
(2.4)
Порошковые проволоки изготавливались на волочильном стане конструкции ИЭС им. Е.О. Патона (рис. 2.1) путем сворачивания трубки из стальной ленты 08кп сечения 0,5х15 мм с помощью набора фильер (табл. 2.1).
Рисунок 2.1 - Общий вид волочильного стана
Таблица 2.1
Размеры формирующих и протяжных фильер
Сечение ленты, ммДиаметр фильер, ммформи-рующихпротяжных0,5х154,504,253,963,763,503,253,00
Одновременно с этим внутренность проволоки заполнялась порошкообразной шихтой. Качеству заполнения ленты придавалось особое значение, поскольку оно в значительной мере определяет эффективность защиты расплавленного металла. Равномерное заполнение проволоки порошкообразными материалами достигалось:
* применением определенного размера зерен шихты, что обеспечивает ей хорошую сыпучесть;
* дозировкой количества шихты поступающей на стальную ленту.
Проволока контролировалась по диаметру с помощью микрометра. Количество материала в сердечнике порошковой проволоки оценивали коэффициентом заполнения. Для этого несколько образцов длиной 100...150 мм отрезали от мотка, взвешивали их, раскрывали проволоку вдоль стыка, извлекали шихту, а остаток - ленту взвешивали.
Коэффициент заполнения проволоки КЗ получали по результатам взвешивания образца заполненной проволоки и оболочки:
, (2.5)
где Gпор - масса порошкового наполнителя;